JP6053935B2 - Mechanical fluid pump driven by a combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関によって駆動され、液体、圧縮ガス又は負圧を自動車用ユニットに供給する、機械式流体ポンプに関する。 The present invention relates to a mechanical fluid pump that is driven by an internal combustion engine and supplies liquid, compressed gas or negative pressure to an automobile unit.
流体ポンプは、潤滑油ポンプ、冷却液ポンプ、負圧ポンプ、圧縮液体を供給するポンプ、又は圧縮ガス、例えば圧縮空気を供給するポンプであってよい。機械式流体ポンプは、電気モータによって駆動されるのではなく、燃焼機関に直接連結されている。結果として、流体ポンプの回転速度は燃焼機関の回転速度に比例しており、このため、たとえ流体供給の必要がなくても、又は負圧を形成するための吸引作用の必要がなくても、流体ポンプは常に回転している。 The fluid pump may be a lubricant pump, a coolant pump, a negative pressure pump, a pump that supplies compressed liquid, or a pump that supplies compressed gas, eg, compressed air. The mechanical fluid pump is not driven by an electric motor but is directly connected to the combustion engine. As a result, the rotational speed of the fluid pump is proportional to the rotational speed of the combustion engine, so that even if there is no need for fluid supply or suction to create a negative pressure, The fluid pump is always rotating.
米国特許第7422093号明細書において、流体圧式パワーステアリングのために圧縮液体を供給する流体ポンプが記載されている。流体ポンプは磁気粘性クラッチを備えており、これにより、ポンプ能力はパワーステアリングの流体要求及び圧力要求に基づいて制御され得る。 U.S. Pat. No. 7,422,093 describes a fluid pump for supplying compressed liquid for hydraulic power steering. The fluid pump includes a magnetorheological clutch so that the pump capacity can be controlled based on the power and fluid demands of the power steering.
例えば潤滑油ポンプ、冷却液ポンプ、又は空気圧式ブレーキ支援ユニット用の負圧ポンプなどの極めて重要な流体ポンプでは、故障のリスクを容認することができない。クラッチを有している流体ポンプは、可能な限りコンパクトであるべきである。多くの用途において、相対的に高いトルクがクラッチによって伝達される必要がある。 For example, a critical fluid pump such as a lubricant pump, a coolant pump, or a negative pressure pump for a pneumatic brake assist unit cannot tolerate the risk of failure. A fluid pump with a clutch should be as compact as possible. In many applications, a relatively high torque needs to be transmitted by the clutch.
コンパクトな磁気粘性クラッチを有する、燃焼機関によって駆動される機械式流体ポンプを提供することが本発明の目的である。 It is an object of the present invention to provide a mechanical fluid pump driven by a combustion engine having a compact magnetorheological clutch.
この目的は、請求項1の特徴を有する、燃焼機関によって駆動される機械式流体ポンプによって解決される。 This object is solved by a mechanical fluid pump driven by a combustion engine having the features of claim 1.
本発明における流体ポンプは、燃焼機関によって直接駆動される入力軸と、ポンプロータを有する圧送ユニットとを備え、当該圧送ユニットは、液体又はガスであり得る流体を圧送するためのものである。「直接駆動される」という用語は、エンジンの回転要素とポンプの入力軸との間に分離可能なクラッチが存在しないこととして理解される。ポンプの入力軸は、ベルト、歯車を介してエンジンによって、又はエンジンのカムシャフト或いはクランクシャフトと直接連結することによって駆動され得る。 The fluid pump in the present invention includes an input shaft that is directly driven by a combustion engine, and a pumping unit having a pump rotor, and the pumping unit is for pumping a fluid that can be liquid or gas. The term “directly driven” is understood as the absence of a separable clutch between the rotating element of the engine and the input shaft of the pump. The input shaft of the pump can be driven by the engine via a belt, gears or by directly connecting to the engine camshaft or crankshaft.
クラッチは、多板クラッチの形態をした磁気粘性クラッチとして実現される。クラッチは、少なくとも2枚の半径方向入力クラッチディスクと、少なくとも2枚の半径方向出力クラッチディスクとを備え、この場合、これらのクラッチディスクの間には、多数の、半径方向のクラッチ液体間隙が形成される。磁気粘性クラッチにおける多板構成は、クラッチのコンパクトな直径を可能にするとともに、クラッチ入力側からクラッチ出力側に高トルクを伝達することを可能にする。 The clutch is realized as a magnetic viscous clutch in the form of a multi-plate clutch. The clutch comprises at least two radial input clutch disks and at least two radial output clutch disks, in which case a large number of radial clutch fluid gaps are formed between these clutch disks. Is done. The multi-plate configuration in the magnetorheological clutch allows for a compact diameter of the clutch and allows high torque to be transmitted from the clutch input side to the clutch output side.
入力クラッチディスクと出力クラッチディスクとの間に軸線方向に配置された半径方向のクラッチ液体間隙は、磁気粘性クラッチ液体によって充填されており、当該磁気粘性クラッチ液体は、磁界が存在するときには相対的に高い粘性を有し、磁界が存在しないときには相対的に低い粘性を有する。磁気粘性液体を含む本文中における液体という用語は、文字通り解釈されるべきではなく、磁界によって活性化されるときに何らかの形で硬化し得る磁気粘性流体の一種として理解されるべきである。磁気粘性クラッチ液体の粘性を増加させるための磁界は、電磁気手段によって生じるものではなく、分離位置と係合位置との間を移動可能な永久磁石要素によって生じるものであり、当該分離位置において、クラッチ液体間隙内を貫通する永久磁石要素の磁界の磁束は小さく、当該係合位置において、クラッチ液体間隙内を貫通する磁界の磁束は大きい。その係合位置において、永久磁石はクラッチ液体間隙に近接して配置されており、分離位置において、永久磁石はクラッチ液体間隙からより遠くに離れて位置する。永久磁石要素は入力クラッチディスクと共に回転するように設けられ、この結果、永久磁石要素は常に入力軸の回転速度で回転する。 A radial clutch liquid gap disposed axially between the input clutch disk and the output clutch disk is filled with a magnetic viscous clutch liquid, which is relatively free when a magnetic field is present. It has a high viscosity and a relatively low viscosity when no magnetic field is present. The term liquid in this text, including magnetorheological liquids, should not be interpreted literally, but should be understood as a type of magnetorheological fluid that can cure in some way when activated by a magnetic field. The magnetic field for increasing the viscosity of the magnetic viscous clutch liquid is not generated by the electromagnetic means, but by a permanent magnet element that can move between the separation position and the engagement position. The magnetic flux of the permanent magnet element penetrating through the liquid gap is small, and the magnetic flux of the magnetic field penetrating through the clutch liquid gap is large at the engaged position. In the engaged position, the permanent magnet is disposed proximate to the clutch liquid gap, and in the separated position, the permanent magnet is located further away from the clutch liquid gap. The permanent magnet element is provided to rotate with the input clutch disk, so that the permanent magnet element always rotates at the rotational speed of the input shaft.
永久磁石要素は、係合位置と分離位置との間を、別個の磁石要素アクチュエータによって動かされる。 The permanent magnet element is moved between a engaged position and a separated position by a separate magnet element actuator.
クラッチ液体間隙及び当該間隙内の磁気粘性クラッチ液体を貫通する磁界は電磁石によって生じるものではないので、ポンプの制御手段及びクラッチ作動のための制御手段が故障した場合でも、磁気粘性クラッチは係合され得る。 Since the magnetic field penetrating the clutch liquid gap and the magnetorheological clutch liquid in the gap is not generated by the electromagnet, the magnetorheological clutch is engaged even when the pump control means and the control means for clutch operation fail. obtain.
一般的に、磁気粘性渦電流クラッチは、エンジン近傍又は非近傍の他の自動車用装置と組み合わされてもよく、又は自動車外側での使用でさえも組み合わされ得る。 In general, the magnetorheological eddy current clutch may be combined with other automotive equipment near or not in the engine, or even for use outside the automobile.
好ましくは、永久磁石要素は軸線方向に移動可能に設けられている。好ましくは、永久磁石は円周方向に磁化されている。 Preferably, the permanent magnet element is provided so as to be movable in the axial direction. Preferably, the permanent magnet is magnetized in the circumferential direction.
永久磁石要素は、好ましくは、受動的なプリテンション要素によって、その係合位置へと予めテンションをかけられている。アクチュエータが故障した場合、プリテンション要素は、永久磁石要素を係合位置に押し込む。このような構成は、完全なるフェイルセーフ機能を有するクラッチ構想を形成する。受動的なプリテンション要素は、例えばばね又は別の永久磁石であり得る。しかしながら、受動的なプリテンション要素は、プリテンション力を提供するために外部エネルギを必要としない。 The permanent magnet element is preferably pretensioned to its engaged position by a passive pretensioning element. If the actuator fails, the pretensioning element pushes the permanent magnet element into the engaged position. Such a configuration forms a clutch concept with a complete fail-safe function. The passive pretensioning element can be, for example, a spring or another permanent magnet. However, passive pretensioning elements do not require external energy to provide a pretensioning force.
好ましい実施形態によれば、磁石用チャンバーは、クラッチディスクの半径方向内側に設けられている。永久磁石要素は、磁石用チャンバー内において係合位置と分離位置との間を移動可能に設けられている。クラッチディスクは、磁石用チャンバーの半径方向外側に、且つ磁石用チャンバーに半径方向で隣接して配置されている。好ましくは、クラッチ液体間隙の半径方向平面は、永久磁石要素の係合位置において永久磁石要素と交差する。換言すれば、係合された状態にある永久磁石要素の磁界は、通常、流体液体間隙を半径方向に貫通する。このような構成は、永久磁石要素がその係合位置にあるときに、半径方向の流体液体間隙の一様な貫通を可能にする。 According to a preferred embodiment, the magnet chamber is provided radially inward of the clutch disk. The permanent magnet element is provided so as to be movable between the engagement position and the separation position in the magnet chamber. The clutch disk is disposed radially outside the magnet chamber and adjacent to the magnet chamber in the radial direction. Preferably, the radial plane of the clutch liquid gap intersects the permanent magnet element at the position of engagement of the permanent magnet element. In other words, the magnetic field of the engaged permanent magnet element typically penetrates the fluid liquid gap radially. Such a configuration allows for uniform penetration of the radial fluid liquid gap when the permanent magnet element is in its engaged position.
磁石用チャンバーは、永久磁石要素がその係合位置と分離位置との間で移動可能に配置されるチャンバーである。好ましくは、クラッチ液体間隙の平面と交差する、磁石用チャンバー壁の長手方向係合区分は、非強磁性材料から形成されている。結果として、永久磁石要素の磁界は、磁石用チャンバー壁の係合区分において半径方向に遮蔽されず、これにより永久磁石要素の磁界は、関連して何ら弱化することなくクラッチ液体間隙を貫通する。係合区分における磁石用チャンバー壁の半径方向厚さは可能な限り小さくするべきであり、これによって永久磁石要素とクラッチ液体間隙との間の磁気ギャップを最小化している。 The magnet chamber is a chamber in which the permanent magnet element is disposed so as to be movable between the engagement position and the separation position. Preferably, the longitudinal engagement section of the magnet chamber wall that intersects the plane of the clutch liquid gap is formed from a non-ferromagnetic material. As a result, the magnetic field of the permanent magnet element is not shielded radially in the engagement section of the magnet chamber wall, so that the magnetic field of the permanent magnet element penetrates the clutch liquid gap without any associated weakening. The radial thickness of the magnet chamber wall in the engagement section should be as small as possible, thereby minimizing the magnetic gap between the permanent magnet element and the clutch liquid gap.
好ましい実施形態によれば、磁石用チャンバー壁の長手方向分離区分は強磁性材料から形成されており、これにより、永久磁石要素の分離位置において、クラッチ液体間隙に対して永久磁石要素の磁界を遮蔽している。永久磁石の分離位置において永久磁石の磁気遮蔽が向上すればするほど、永久磁石要素の分離位置において、入力クラッチディスクと出力クラッチディスクとの間で伝達されるトルクは小さくなる。 According to a preferred embodiment, the longitudinal separation section of the magnet chamber wall is formed from a ferromagnetic material, thereby shielding the magnetic field of the permanent magnet element against the clutch liquid gap at the separation position of the permanent magnet element. doing. The better the magnetic shielding of the permanent magnet at the permanent magnet separation position, the smaller the torque transmitted between the input clutch disk and the output clutch disk at the permanent magnet element separation position.
好ましくは、アクチュエータは負圧アクチュエータとして設けられ得る。負圧アクチュエータは磁化されておらず、磁気粘性クラッチ液体によって充填されたクラッチ液体間隙を貫通する電磁場を生じることがない。 Preferably, the actuator can be provided as a negative pressure actuator. The negative pressure actuator is not magnetized and does not generate an electromagnetic field through the clutch liquid gap filled with the magnetorheological clutch liquid.
本発明の1つの実施形態は、添付の図面を参照することによって説明される。 One embodiment of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings.
図1及び図2は、内燃機関12、及び内燃機関12によって直接駆動される機械式流体ポンプ10から成る、典型的な自動車の構成を示す。流体ポンプ10は、負圧ポンプ10として設計されてもよいが、潤滑油ポンプ、冷却液ポンプ等として設けられてもよい。内燃機関12は、負圧ポンプ10のクラッチ16の入力軸20に機械的に直接連結されており、これにより入力軸20は、常に、内燃機関12の回転速度に正比例する回転速度で共に回転する。
1 and 2 show a typical motor vehicle configuration comprising an
クラッチ16は入力軸20と出力軸21との間に配置されており、このクラッチ16は、磁気粘性式多板クラッチ16として設計されている。クラッチ16は、図1に示されたような係合されたクラッチ状態において入力軸20を出力軸21と接続し、図2に示されたような分離された状態において出力軸21を入力軸20から分離する。クラッチ16の出力軸21は、ポンプロータ19を有する負圧圧送ユニット18に直接連結されている。クラッチ16は、4枚の半径方向入力クラッチディスク62と、5枚の半径方向出力クラッチディスク64とを備える。全てのクラッチディスク62,64は、それぞれ1つの半径方向の平面内に位置する。クラッチディスク62,64の間には、半径方向のクラッチ液体間隙66が8個形成されており、これらの間隙66は、磁気粘性クラッチ液体28によって充填されている。クラッチ液体間隙66は密封して閉ざされているので、磁気粘性クラッチ液体28が消失することはない。
The
永久磁石要素32は、クラッチディスク62,64の半径方向内側且つ中央に配置されている。永久磁石要素32は、円筒状の磁石用チャンバー22内で軸線方向に移動可能に設けられた円筒状の磁石本体30として設けられている。磁石用チャンバー22は、円筒状チャンバー壁25,27によって提供され且つ形成され、当該チャンバー壁25,27は、クラッチディスク62,64及びクラッチ液体間隙66の半径方向平面と交差する係合区分24と、クラッチディスク62,64及びクラッチ液体間隙66の半径方向平面と交差しない分離区分26とを形成している。係合区分24の磁石用チャンバー壁25は、例えばアルミニウム又はプラスチック等の非強磁性材料から形成されている。分離区分26の磁石用チャンバー壁27は強磁性材料から形成されており、これにより図2に示すような永久磁石要素32の分離位置において、クラッチ液体間隙66における永久磁石要素30の磁界を遮蔽している。
The
係合位置において、永久磁石要素32は、磁気粘性クラッチ液体28を含む半径方向のクラッチ液体間隙に近接しており、これにより、永久磁石要素32によって生じる磁界は、クラッチ液体間隙66内の磁気粘性クラッチ液体28を、最大磁束でもって貫通する。
In the engaged position, the
軸線方向に移動可能な永久磁石要素32は、図1に示されるように、プリテンション要素44によって係合位置へと予めテンションがかけられている。空気圧式アクチュエータ42が故障した場合でも、永久磁石要素32は常に係合位置内に押し込まれているので、この構成はクラッチ16のフェイルセーフ機能を形成する。
As shown in FIG. 1, the
空気圧式アクチュエータ42の駆動によってクラッチ16が分離された状態を維持している限り、図2に示されるように、移動可能な永久磁石要素32は、その分離位置内に引き込まれ且つ当該位置を維持する。永久磁石要素32の分離位置において、磁界は、クラッチ液体間隙66に対して離されて遮蔽されており、これによりクラッチ液体間隙66内における磁束は相対的に小さくなり、この結果、磁気粘性クラッチ液体の粘性は相対的に低くなる。クラッチは分離される。
As long as the clutch 16 remains disengaged by driving the
アクチュエータ42を駆動停止することによって、クラッチ16が係合状態に切り換えられるとすぐに、図1に示されるように、移動可能な磁石要素32は、プリテンション要素44によって係合位置に押し込まれる。この状態において、クラッチ液体間隙66を貫通する磁界の磁束は相対的に大きく、これにより磁気粘性クラッチ液体の粘性は相対的に高くなる。この係合状態において、出力軸21は、入力軸20と同じ回転速度で回転する。出力軸21は、圧送ユニット18のポンプロータ19を駆動し、これにより圧送ユニット18は流体を圧送する。
As soon as the clutch 16 is switched to the engaged state by deactivating the
Claims (7)
ポンプロータ(19)を有する圧送ユニット(18)と、
前記入力軸(20)及び前記ポンプロータ(19)の間にある磁気粘性式多板クラッチ(16)であって、該クラッチ(16)は、少なくとも2枚の半径方向入力クラッチディスク(62)及び少なくとも2枚の半径方向出力クラッチディスク(64)を備え、該クラッチディスク(62,64)の間には、磁気粘性クラッチ液体(28)によって充填された、少なくとも2つの半径方向のクラッチ液体間隙(66)が形成されている、磁気粘性式多板クラッチ(16)と、
係合位置と分離位置との間を移動可能な永久磁石要素(32)であって、前記係合位置において、前記永久磁石要素の磁界は、相対的に大きい磁束でもって前記クラッチ液体間隙(66)を貫通し、前記分離位置において、前記クラッチ液体間隙(66)を貫通する前記永久磁石要素の磁界の磁束は、前記係合位置における磁束よりも小さい、移動可能な永久磁石要素(32)と、
前記永久磁石要素(32)を、前記係合位置と前記分離位置との間で移動させるためのアクチュエータ(42)と、
を備え、
前記クラッチディスク(62,64)の半径方向内側に磁石用チャンバー(22)が設けられており、
前記永久磁石要素(32)は、前記磁石用チャンバー(22)内に、前記係合位置と前記分離位置との間を移動可能に設けられていることを特徴とする燃焼機関によって駆動される機械式流体ポンプ(10)。 An input shaft (20) directly driven by the combustion engine (12);
A pumping unit (18) having a pump rotor (19);
A magnetorheological multi-plate clutch (16) between the input shaft (20) and the pump rotor (19), the clutch (16) comprising at least two radial input clutch disks (62) and At least two radial output clutch disks (64) with at least two radial clutch liquid gaps (filled by magnetorheological clutch liquid (28)) between the clutch disks (62, 64). 66), a magnetic viscous multi-plate clutch (16),
A permanent magnet element (32) movable between an engagement position and a separation position, wherein in the engagement position, the magnetic field of the permanent magnet element is a relatively large magnetic flux and the clutch liquid gap (66). ) And in the separated position, the magnetic flux of the permanent magnet element passing through the clutch liquid gap (66) is smaller than the magnetic flux in the engaged position, and the movable permanent magnet element (32) ,
An actuator (42) for moving the permanent magnet element (32) between the engagement position and the separation position;
Equipped with a,
A magnet chamber (22) is provided radially inward of the clutch disk (62, 64),
A machine driven by a combustion engine, wherein the permanent magnet element (32) is provided in the magnet chamber (22) so as to be movable between the engagement position and the separation position. Type fluid pump (10).
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